Przekaźniki termiczne — urządzenie, zasada działania, charakterystyka techniczna

Przekaźniki termiczne to urządzenia elektryczne przeznaczone do ochrony silników elektrycznych przed przetężeniem. Najpopularniejsze typy przekaźników termicznych to TRP, TRN, RTL i RTT.

Zasada działania przekaźników termicznych

Trwałość urządzeń elektroenergetycznych w dużej mierze zależy od przeciążeń, jakim są one poddawane podczas eksploatacji. Dla każdego obiektu można znaleźć zależność czasu trwania przepływu prądu od jego wielkości, gdzie wiarygodne i długoterminowe działanie sprzętu… Zależność tę przedstawiono na rysunku (krzywa 1).

Przy prądzie znamionowym dopuszczalny czas jego przepływu wynosi nieskończoność. Przepływ prądu większy od nominalnego prowadzi do dodatkowego wzrostu temperatury i dodatkowego starzenia się izolacji. Dlatego im większe przeciążenie, tym krótszy czas. Krzywa 1 na rysunku jest ustawiona na podstawie wymaganej żywotności sprzętu. Im krótsza jest jego żywotność, tym większe dopuszczalne są przeciążenia.

Charakterystyki czasowo-prądowe przekaźnika termicznego i chronionego obiektu

Przy idealnej ochronie obiektu zależność tav (I) dla przekaźnika termicznego powinna być nieco poniżej krzywej obiektu.

Do ochrony przed przeciążeniem, przekaźniki termiczne z płytka bimetaliczna.

Płytka bimetaliczna termoprzekaźnika składa się z dwóch płyt, z których jedna ma wyższy współczynnik rozszerzalności temperaturowej, a druga mniejszy. W miejscu przylegania do siebie płyty są sztywno mocowane albo przez walcowanie na gorąco, albo przez spawanie. Jeśli taka płyta jest zamocowana nieruchomo i podgrzana, wówczas płyta będzie się mniej wyginać do materiału. Zjawisko to jest wykorzystywane w przekaźnikach termicznych.

Invar (mała wartość) i materiały niemagnetyczne lub ze stali chromowo-niklowej (duża wartość) są szeroko stosowane w przekaźnikach termicznych.

Element bimetaliczny przekaźnika termicznego może być ogrzewany przez ciepło wytwarzane w płycie przez prąd obciążenia. Bardzo często bimetal jest podgrzewany przez specjalną grzałkę, przez którą przepływa prąd obciążenia. Najlepsze właściwości uzyskuje się przy ogrzewaniu kombinowanym, gdy płyta jest nagrzewana zarówno ciepłem wytwarzanym przez prąd przepływający przez bimetal, jak i ciepłem wytwarzanym przez specjalną grzałkę, także przez strumień prądu obciążenia.

Zginając się, płytka bimetaliczna swoim wolnym końcem oddziałuje na układ styków przekaźnika termicznego.

Przekaźnik termiczny: a — element czuły, b — styk mostka, 1 — styki, 2 — sprężyna, 3 — płytka bimetaliczna, 4 — przycisk, 5 — mostek

Charakterystyki prądowo-czasowe przekaźnika termicznego

Główną cechą przekaźnika termicznego jest zależność czasu odpowiedzi od prądu obciążenia (charakterystyka prądowo-czasowa).W ogólnym przypadku przed rozpoczęciem przeciążenia przez przekaźnik przepływa prąd Io, który nagrzewa płytkę do temperatury qo.

Podczas sprawdzania charakterystyki prądowo-czasowej przekaźników termicznych należy wziąć pod uwagę, z jakiego stanu (zimny lub przegrzany) przekaźnik jest wyzwalany.

Podczas sprawdzania przekaźników termicznych należy wziąć pod uwagę, że elementy grzejne przekaźników termicznych są niestabilne termicznie przy prądach zwarciowych.

Wybór przekaźnika termicznego

Prąd znamionowy przekaźnika termicznego jest wybierany na podstawie znamionowego obciążenia silnika. Wybrany prąd przekaźnika termicznego wynosi (1,2 — 1,3) prądu znamionowego silnika (prądu obciążenia), to znaczy przekaźnik termiczny jest aktywowany przy przeciążeniu 20 — 30% na 20 minut.

Stała grzania silnika elektrycznego zależy od czasu trwania przeciążenia prądowego. W przypadku krótkotrwałego przeciążenia tylko uzwojenie silnika bierze udział w nagrzewaniu i stałej grzania 5 — 10 minut. W przypadku długotrwałego przeciążenia cała masa silnika elektrycznego bierze udział w nagrzewaniu, a ogrzewanie jest stałe przez 40-60 minut. Dlatego stosowanie przekaźników termicznych jest zalecane tylko wtedy, gdy czas włączenia przekracza 30 minut.

Wpływ temperatury otoczenia na działanie przekaźnika termicznego

Nagrzewanie bimetalicznej płyty przekaźnika termicznego zależy od temperatury otoczenia, dlatego wraz ze wzrostem temperatury otoczenia maleje prąd roboczy przekaźnika.

Przy temperaturze bardzo odbiegającej od nominalnej należy albo przeprowadzić dodatkową (płynną) regulację przekaźnika termicznego, albo dobrać grzałkę uwzględniając rzeczywistą temperaturę otoczenia.

Aby temperatura otoczenia miała mniejszy wpływ na prąd wyzwalający przekaźnika termicznego, należy wybrać możliwie najwyższą temperaturę wyzwalania.

Dla prawidłowego działania zabezpieczenia termicznego zaleca się umieszczenie przekaźnika w tym samym pomieszczeniu co obiekt chroniony. Przekaźnika nie należy umieszczać w pobliżu skoncentrowanych źródeł ciepła — pieców grzewczych, systemów grzewczych itp. Obecnie produkowane są przekaźniki z kompensacją temperaturową (seria TPH).

Projekt przekaźnika termicznego

Ugięcie płyty bimetalicznej jest powolne. Jeśli ruchomy styk jest bezpośrednio połączony z płytką, wówczas niska prędkość jego ruchu nie będzie w stanie ugasić łuku, który pojawia się, gdy obwód jest wyłączony. Dlatego płytka działa na styk poprzez urządzenie przyspieszające. Najdoskonalszy jest kontakt „skokowy”.

W stanie wyłączonym sprężyna 1 wytwarza moment obrotowy względem punktu 0, który zamyka styki 2. Bimetaliczna płyta 3 wygina się w prawo po podgrzaniu, zmienia się położenie sprężyny. Tworzy moment, który otwiera jednocześnie 2 styki, zapewniając niezawodne gaszenie łuku. Nowoczesne styczniki i rozruszniki są wyposażone w przekaźniki termiczne TRP (jednofazowe) i TRN (dwufazowe).

Przekaźniki termiczne TRP

Jednobiegunowe przekaźniki prądowe serii TRP o prądach znamionowych elementów termicznych od 1 do 600 A przeznaczone są głównie do zabezpieczania przed niedopuszczalnymi przeciążeniami trójfazowych asynchronicznych silników elektrycznych pracujących z sieci o napięciu znamionowym do 500 V przy częstotliwość 50 i 60 Hz. Przekaźniki termiczne TRP na prądy do 150 A są stosowane w sieciach prądu stałego o napięciu znamionowym do 440 V.

Przekaźnik termiczny typu TRP

Bimetaliczna płyta termoprzekaźnika TRP ma połączony system grzewczy. Płyta jest podgrzewana zarówno przez grzałkę, jak i przez przepływ prądu przez samą płytę. Po odchyleniu koniec płytki bimetalicznej działa na mostek stykowy zworki.

Przekaźnik termiczny TRP umożliwia płynną regulację prądu roboczego w zakresie (± 25% nominalnego prądu nastawczego). Regulacja ta odbywa się za pomocą pokrętła, które zmienia początkowe odkształcenie płytki. Ta konfiguracja może radykalnie zmniejszyć liczbę wymaganych opcji grzejników.

Powrót przekaźnika TRP do pozycji wyjściowej po zadziałaniu odbywa się przyciskiem . Możliwe jest również przeprowadzenie samoregeneracji po ostygnięciu bimetalu.

Wysoka temperatura reakcji (powyżej 200°C) zmniejsza zależność pracy przekaźnika od temperatury otoczenia.

Ustawienie przekaźnika termicznego TRP zmienia się o 5%, gdy temperatura otoczenia zmienia się na KUS.

Wysoka odporność na uderzenia i wibracje termoprzekaźnika TRP pozwala na zastosowanie go w najtrudniejszych warunkach.

Przekaźniki termiczne RTL

Przekaźnik termiczny RTL jest przeznaczony do ochrony silników elektrycznych przed przeciążeniami prądowymi o niedopuszczalnym czasie trwania. Zapewniają również ochronę przed asymetrią prądów w fazach oraz przed awarią jednej z faz. Elektryczne przekaźniki termiczne RTL o zakresie prądowym od 0,1 do 86 A.

Przekaźniki termiczne RTL mogą być instalowane zarówno bezpośrednio na rozrusznikach PML, jak i oddzielnie od rozruszników (w tym drugim przypadku muszą być wyposażone w listwy zaciskowe KRL). Przekaźniki RTL i listwy zaciskowe KRL zostały opracowane i wyprodukowane w stopniu ochrony IP20 i mogą być instalowane na standardowej szynie zbiorczej.Prąd znamionowy styków wynosi 10 A.

Przekaźnik termiczny PTT

Przekaźniki paliwowe RTT przeznaczone są do ochrony trójfazowych silników indukcyjnych klatkowych przed przeciążeniami o niedopuszczalnym czasie trwania, w tym wynikającymi z zaniku jednej z faz, a także asymetrii faz.

Przekaźniki PTT przeznaczone są do stosowania jako elementy w obwodach sterowania napędami elektrycznymi jak również do montażu w rozruszniki magnetyczne Seria PMA na prąd zmienny 660V o częstotliwości 50 lub 60 Hz, na prąd stały 440V.